隨著施工企業對起重機調速性能要求的不斷提高，串電阻調速、定子調壓調速和串級調速等傳統調速方法的弊端日趨顯現，這幾種常規調速方式要求定期維護，由集電環和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現場維護量較大，調速系統的故障率較高，而且調速系統的綜合技術指標較差，已不能滿足工業生產的特殊要求。

交流變頻調速技術發展及廣泛應用，為起重機控制系統大范圍、高精度調速提供了可能。它具有高性能的調速指標，并且高效、節能，其外圍控制線路簡單，維護工作量小，保護監測功能完善，運行可靠性較傳統的交流調速系統有較大的提高。

1變頻調速優點

變頻調速技術應用于起重機后，與市場上大量使用的傳統的繞線異步電動機轉子串電阻調速系統相比，可帶來以下經濟效益和安全可靠性。

（1）變頻起重機運行平穩，起、制動平緩，運行中加、減速時整機振動和沖擊小，安全性提高，延長起重機機械部分壽命。

（2）通過電機增設編碼器，實現變頻調速閉環控制，有效的避免溜鉤，確保起升作業的安全可靠運行。

（3）能實現無極調速，調速范圍寬，能適應各種調速范圍大的場合。

（4）通過變頻器可以檢測、監視電機及系統運行，結合PLC、觸摸屏，可大幅度提高起重機電控系統的可靠性，實現工業自動化控制。

（5）機械制動器在電動機低速時動作，主鉤以及大、小車的制動由電氣制動完成，所以機械制動器的制動片壽命大為延長，維護保養費低。

（6）交流接觸器大量減少，電動機主回路實

現了無觸點化控制，避免了因接觸器觸頭頻繁動作而燒損以及由于接觸器觸頭燒損而引起的電動機損壞故障。

（7）采用結構簡單、可靠性高的鼠籠異步電動機取代繞線轉子異步電動機，避免了因集電環、電刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電動機損壞或不能起動的故障。

2起重機各運行機構特點

（1）起重機需要很大的啟動轉矩，通常超過150%的額定轉矩，若考慮靜載超載實驗等因素，至少應在起動加速過程中提供200%的額定轉矩。

（2）由于機械制動器的存在，為使變頻器輸出轉矩與機械制動器的制動轉矩平滑切換，不產生溜鉤現象，必須充分考慮變頻器啟動信號與機械制動器抱閘釋放信號的控制時序。

（3）當起升機構吊鉤下降或平移機構急減速時，電動機將處于再生發電狀態，其能量要向電源側回饋，必須根據不同的現場情況考慮如何處理這部分再生能量。

（4）起升機構在起升重物離開或接觸地面瞬間負載變化劇烈，變頻器應能對這種沖擊性負載進行平滑控制。

3起重機變頻器的選型原則

下面以平臂塔式起重機的起升和變幅機構為例，說明變頻器選用原則做以詳細說明。

3.1起升機構

變頻器的容量必須大于負載所需求的輸出，即：

式中：k——變頻器功率，kW；

k——過載系數1.33；

PM——負載要求電動機軸輸出功率，kW；

η——電動機效率；

cosφ——電動機的功率因數。

起升機構要求的起動轉矩為1.3～1.6倍的額定轉矩，考慮到需有1.25倍的靜載超載要求，其最大轉矩需有1.6～2倍的額定轉矩，以確保其安全使用。對于拖動等額功率電動機的變頻器來說，可提供長達60秒、150%額定轉矩的過載能力，因此過載系數k=2/1.5=1.33。

在變頻器容量選定后，還應做電流驗證，即：

                           （2）

式中：k——電流波形修正系數（一般取1.05～1.1）；

ICN——變頻器額定輸出電流，A；

IM——工頻電源時的電動機額定電流，A。

大噸位起重機起升機構大多配置兩個獨立的驅動機構，起升機構的變頻調速傳動方案采用一臺變頻器帶一臺電動機的“一拖一”方案，為了提高低速傳動時的動態特性和高轉矩輸出能力，每臺電動機采用帶脈沖編碼器的速度閉環控制。兩臺變頻器之間采用變頻器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的“主—從控制”方案，以實現兩套機構的同步可靠運行。

3.2變幅機構

起重機的平移機構分大車機構和小車機構，兩種機構一般采用多臺電動機傳動方案。由于起重機平移機構的轉動慣量較大，為了加速電動機需有較大的起動轉矩，因此起重機平移機構所需的電動機軸輸出功率PM應由負載功率Pj和加速功率Pa組成，即：

由于平移機構采用一臺變頻器拖動多臺電動機的通用U/f開環頻率控制方式，因此在變頻器容量選擇時，還要滿足以下公式：

式中：k——電流波形修正系數（PWM調制方式

時取1.05～1.1）；

n——1臺變頻器拖動的電動機數量；

ICN——變頻器額定輸出電流，A；

IM——工頻時單臺電動機的額定電流，A。

由于在變頻器“一拖多”通用V/f開環頻率控制方式中，變頻器提供的電子熱繼電器保護功能無法實現對單臺電動機的過載保護，為此在每臺電動機前端應增設熱繼電器，以實現對單臺電動機的過載保護。

4變頻調速制動時再生能量處理

當采用變頻器傳動的起升機構拖動位能性負載下放或平移機構急減速、順風運行時，異步電動機將處于再生發電狀態。逆變器中將傳動機構的機械能轉換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當直流回路電容電壓升到保護極限值后變頻器將過電壓跳閘。

在高性能的工程型變頻器中，對連續再生能量的處理有以下兩種方案。

（1）變頻器直流回路設置電阻器，讓連續再生能量通過電阻器以發熱的形式消耗掉，這種方式稱為動力制動。這種方式，是較常用的能量釋放方式，從此方面講，存在能量損失。

（2）變頻器配置能量回饋單元，將連續再生能量回饋電網，這種方式稱為能量回饋。采用能量回饋是當前變頻調速節能的應用方案。

5結論

起重機電氣控制系統采用交流變頻調速控制方案，可有效提高起重機各機構的控制性能，實現起重機節能、平穩、可靠運行。但考慮變頻器適用電壓及波動、溫度、濕度等運行環境，在確定起重機控制方案時，是否選用變頻調速，采用哪種變頻器，應結合現場使用實際及工作環境溫度等條件確定，避免因選型不當，影響起重機正常運行。

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